Produrre energia in serra utilizzando le fonti rinnovabili? Certo che si può. E nel prossimo futuro potrebbe essere possibile farlo anche disponendo i pannelli fotovoltaici direttamente sulle serre.
Installare pannelli solari o fotovoltaici sui tetti delle serre è un modo sostenibile di rendere energeticamente indipendenti le aziende agricole. Tuttavia, implica una riduzione della radiazione luminosa entrante e condiziona enormemente la scelta delle colture utilizzabili. Questo problema potrebbe essere presto superato grazie all’utilizzo di innovativi pannelli fotovoltaici semitrasparenti. Questa tecnologia permetterebbe di fornire alle piante la luce di cui hanno bisogno, producendo allo stesso tempo energia elettrica in serra.
L’elettronica organica
Alla base delle nuove celle solari semitrasparenti c’è un’importante e ancora poco conosciuta branca dell’elettronica: l’elettronica organica. Mentre l’elettronica classica fa affidamento su semiconduttori inorganici, come il silicio, questo settore dell’elettronica utilizza materiali semiconduttori organici, ovvero piccole molecole o polimeri del carbonio. La nuova frontiera della ricerca sta attirando negli ultimi anni molta attenzione in diversi campi, poiché è in grado di creare prodotti estremamente innovativi, flessibili, sottili e trasparenti.
La ricerca italiana
Anche in Italia gli studi sull’elettronica organica procedono rapidamente attraverso enti di ricerca, aziende e startup. Il centro di ricerca di Enea di Portici (Na), per esempio, sta lavorando su progetti che sembrano fantascientifici, ma sono più vicini alla realizzazione di quanto possiamo immaginare. Batterie stampabili, tessuti con film fotovoltaici per la produzione di energia elettrica, etichette intelligenti per i prodotti freschi con sensori per il monitoraggio di temperatura e umidità, e molto altro.
Uno dei progetti di punta è quello svolto in collaborazione con Materias srl: consentirà di produrre i primi prototipi di finestre in vetro che integrano degli innovativi Led organici che permetteranno alle finestre degli edifici di essere trasparenti alla luce solare di giorno, svolgendo la normale funzione di finestre, e di diventare fonti di luce dal tramonto in poi, illuminando gli interni in modo sostenibile.
L’elettronica organica prevede processi di produzione meno impattanti rispetto all’elettronica tradizionale e i prodotti generati possono essere biodegradabili. Nell’ottica di una necessaria riduzione dell’impatto ambientale della nostra società e considerando l’altissimo numero di rifiuti tecnologici che ogni giorno finiscono in discarica, una soluzione che punti a ottenere prodotti elettronici più sostenibili è da osservare con attenzione.
Il fotovoltaico organico
Uno dei settori in cui l’elettronica organica sta avendo grande successo è quello del fotovoltaico. In questo campo, la ricerca punta a ottimizzare i costi di produzione e produrre sistemi di cattura della luce solare più flessibili, da integrare negli oggetti di consumo o sulle superfici di edifici in città. Il fotovoltaico organico è costituito da una struttura a più strati: su una base di plastica flessibile o vetro vengono posati strati di pellicole contenenti i composti organici fotoattivi frapposti tra due elettrodi conduttivi.
Le celle organiche imitano il processo di fotosintesi utilizzando materiali diversi che includono dei pigmenti che assorbono la radiazione solare e altri componenti che estraggono la carica per produrre elettricità. A seconda della composizione di questi materiali, i pannelli fotovoltaici organici possono assorbire selettivamente solo alcune lunghezze d’onda.
La differenza con i pannelli inorganici
Rispetto ai pannelli fotovoltaici inorganici, queste celle solari organiche hanno un’efficienza ridotta a circa un terzo. Inoltre, sono meno stabili e duraturi. Per questo, per il momento faticano ad essere competitivi, nonostante i costi produttivi siano ridotti. Il grande vantaggio del fotovoltaico organico sta, infatti, nel basso costo di produzione e di applicazione di prodotti di questo tipo. Che, a differenza dei classici sistemi a semiconduttori inorganici, non necessitano di alte temperature e possono essere applicati come veri e propri inchiostri, sfruttando sistemi di stampa.
Se comparati con i pannelli fotovoltaici a base silicio, i materiali organici sono più leggeri e flessibili, si possono applicare su film plastici trasparenti e sono modulabili a livello molecolare per ottenere prodotti su misura per ogni applicazione. Il fotovoltaico organico è quindi una soluzione più flessibile e sostenibile rispetto al corrispettivo inorganico. In più, riduce il dispendio energetico ed economico necessario per le fasi produttive e di trasporto e ha un minore impatto ambientale.
Le applicazioni per le serre
Le serre agricole dispongono di grandi superfici coperte che sarebbero perfette per l’applicazione di pannelli fotovoltaici, ma necessitano della luce come risorsa principale per la crescita delle colture. Proprio in questo settore il fotovoltaico organico, stampabile su film trasparenti, ha generato un grande interesse per la capacità di catturare solo la parte della radiazione solare che le piante non utilizzerebbero e di far passare la restante, che può raggiungere la coltivazione sottostante.
Le grandi potenzialità di questa tecnologia risiedono proprio nella possibilità di modellare le celle solari per assorbire selettivamente solo alcune lunghezze d’onda complementari a quelle necessarie per la fotosintesi.
Secondo alcuni studi l’utilizzo di pannelli fotovoltaici organici moderatamente efficienti (nell’ordine del 10%) può portare a zero il bilancio energetico netto di una serra produttiva in climi caldi o temperati. Questo significherebbe per le aziende agricole essere indipendenti dal punto di vista energetico utilizzando una risorsa sostenibile e rinnovabile come la luce solare.
Come reagiscono le piante
Per investigare sulla questione, un gruppo di ricercatori della Nc State University, in North Carolina, ha provato a riprodurre l’effetto dell’applicazione di pannelli fotovoltaici organici semitrasparenti per valutare la risposta della lattuga rossa a questo tipo di coperture.
Le piante di lattuga rossa sono state divise in quattro gruppi: un gruppo di controllo è stato fatto crescere sotto luce bianca a spettro completo – come la luce solare – mentre per gli altri tre gruppi i ricercatori hanno usato filtri che simulano l’effetto ombreggiante di tre diverse celle solari organiche. Questi tre filtri sono caratterizzati da diverse trasparenze allo spettro luminoso e in particolare al Par, la parte di luce tra i 400 e i 700 nanometri che le piante utilizzano per fare la fotosintesi. La quantità di luce incidente è la stessa sotto i tre filtri ma con colori differenti, soprattutto nel rosso e nel blu.
Tutti gli altri parametri di crescita sono stati mantenuti costanti per rendere i dati finali comparabili. Per comprendere l’effetto della riduzione di luce sulle piante, i ricercatori hanno valutato diversi parametri di interesse commerciale: il peso fresco, il numero e la dimensione delle foglie e alcuni parametri indicatori dello stato di stress della lattuga, come la presenza di antiossidanti e l’anidride carbonica assorbita.
I risultati ottenuti sono stati estremamente incoraggianti. Le piante sembrano non risentire della presenza della copertura con pannelli fotovoltaici organici semitrasparenti: la resa in peso fresco e il contenuto di clorofilla sono stati equivalenti a quelli ottenuti nel gruppo di controllo, cresciuto senza alcun filtro. I parametri sono oltretutto equiparabili tra i tre filtri, senza differenze significative. Ciò è stato possibile anche perché la riduzione di intensità di radiazione solare ha portato le piante a produrre un numero maggiore di foglie e un risultato finale di resa equiparabile.
Oltre alla lattuga
Lo studio americano ha dimostrato che la lattuga risponde bene alla copertura della serra con pannelli fotovoltaici semitrasparenti, ma si tratta comunque di un risultato preliminare perché è una coltura che tollera anche situazioni di scarsa illuminazione.
La ricerca in questo campo sta procedendo velocemente, con l’obiettivo di ottenere pannelli leggeri, flessibili e con un’efficienza maggiore di conversione della luce in energia. Sarà molto interessante seguire gli sviluppi di questa promettente tecnologia. E soprattutto delle sue applicazioni anche su piante più esigenti dal punto di vista luminoso. Solo così sarà possibile capire se effettivamente si possa arrivare a rendere, con sistemi simili, le serre indipendenti dal punto di vista energetico. O, addirittura, generatori di surplus di energia rinnovabile.
